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國家鐵路智能運輸系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心
2021年度開放課題申請指南

為促進中國鐵道科學研究院集團有限公司國家科技創(chuàng)新平臺全面開放、資源共享、科技創(chuàng)新和成果轉(zhuǎn)化，充分發(fā)揮國家鐵路智能運輸系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心（以下簡稱工程中心）學術(shù)交流和科技輻射的帶動作用，本工程中心向社會公開發(fā)布開放課題基金，歡迎國內(nèi)外符合條件的研究人員踴躍申請，開展科技合作與學術(shù)交流。

一、工程中心簡介

國家鐵路智能運輸系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心（The Center of National Railway Intelligent Transportation System Engineering and Technology）是由科技部批準組建的國家工程技術(shù)研究中心，依托單位為中國鐵道科學研究院集團有限公司，主管部門是中國國家鐵路集團有限公司。

工程中心把握智能鐵路發(fā)展方向，圍繞軌道交通行業(yè)發(fā)展中的重大關(guān)鍵性和共性技術(shù)，聚焦智能建造、智能裝備、智能運營、智慧交通核心關(guān)鍵技術(shù)，研究開發(fā)具有高增值效益的新產(chǎn)品、新裝備，培養(yǎng)和集聚高科技專業(yè)人才，推進自主創(chuàng)新科研成果的系統(tǒng)化、產(chǎn)業(yè)化、工程化，構(gòu)建院內(nèi)外、路內(nèi)外、國內(nèi)外協(xié)同創(chuàng)新平臺，支撐鐵路與城市軌道交通“雙智”技術(shù)發(fā)展。

二、開放課題研究方向

根據(jù)行業(yè)技術(shù)發(fā)展要求和工程應用需求，2021年度工程中心開放基金主要資助以下8個研究方向：

課題1：基于全局架構(gòu)的多站點協(xié)同高速鐵路動態(tài)調(diào)度算法研究

目前，高速鐵路動態(tài)調(diào)度主要由調(diào)度員依賴經(jīng)驗人工制定，調(diào)度決策難以保證高鐵系統(tǒng)實時高效率高精度的運行，如何提出簡單、有效的動態(tài)調(diào)度模型和快速求解算法已成為迫切需求。現(xiàn)有相關(guān)研究主要是將該動態(tài)調(diào)度問題看作一般多約束組合實時動態(tài)混合整數(shù)優(yōu)化問題來求解。隨著列車和站點數(shù)目的增加，路網(wǎng)和列車的時空約束復雜度將會急劇增大，而該優(yōu)化問題求解計算量也將會急劇增大，求解速度難以滿足實時調(diào)度的需求。本項目擬基于鐵路網(wǎng)的全局架構(gòu)動態(tài)特征，研究列車運行動態(tài)耦合機理，分析多站點列車發(fā)車調(diào)整相互影響關(guān)系，提出多站點協(xié)同的動態(tài)調(diào)度算法，大幅度提高動態(tài)調(diào)度的效率、準確性和魯棒性。

本課題的主要工作包含如下幾個方面：

(1)構(gòu)建列車、站點和線路跨層次作用下的高鐵調(diào)度全局架構(gòu)模型；

(2)多站點列車間相互影響機理研究，提出多站點協(xié)同的動態(tài)調(diào)度算法；

(3)調(diào)度算法的冗余性和魯棒性研究，提出多站點協(xié)同動態(tài)調(diào)度算法的分級評估指標；

(4)基于工程中心仿真測試環(huán)境的動態(tài)調(diào)度算法的試驗驗證。

提交成果：

課題經(jīng)費額度：20萬元以內(nèi)

計劃年限：2年

課題2：天地一體化網(wǎng)絡下鐵路列控數(shù)據(jù)的高可靠傳輸技術(shù)研究

構(gòu)建超可靠廣域無線覆蓋的鐵路通信網(wǎng)絡是推動鐵路列控領(lǐng)域智能化升級的基礎。鐵路無線通信網(wǎng)絡部署面臨復雜多變的電磁環(huán)境和列車的高移動性等挑戰(zhàn)，尤其是川藏鐵路等的建設要經(jīng)過山區(qū)、盆地、高原等地形條件極其復雜的區(qū)域，脆弱的無線通信鏈路直接影響了列控系統(tǒng)的可靠性。天地一體化網(wǎng)絡具有傳輸覆蓋廣、不受地理環(huán)境限制等特性，可有效彌補既有地面通信網(wǎng)絡可用性不足的問題。為了確保復雜環(huán)境下列車運行控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)的高可靠安全傳輸，針對面向鐵路通信的天地一體化網(wǎng)絡無線信道特征、接入方式及傳輸策略等相關(guān)技術(shù)方案進行研究并進行試驗驗證，具有重要的現(xiàn)實意義。

本課題的主要工作包含如下幾個方面：

(1)復雜動態(tài)環(huán)境下高頻段電波傳播特性測試和信道建模；

(2)基于列控數(shù)據(jù)高可靠傳輸?shù)奶斓匾惑w化網(wǎng)絡智能接入技術(shù)研究；

(3)面向低時延列控業(yè)務的天地一體化網(wǎng)絡邊緣計算與緩存技術(shù)研究；

(4)開展外場試驗，對電波傳播模型及列控數(shù)據(jù)傳輸方案進行驗證。

提交成果：

課題經(jīng)費額度：20萬元以內(nèi)

計劃年限：2年

課題3：面向鐵路技術(shù)站復雜環(huán)境的作業(yè)人員多源融合定位技術(shù)研究

鐵路技術(shù)站現(xiàn)場作業(yè)人員的精確、連續(xù)、可靠定位是準確監(jiān)測作業(yè)過程、提供作業(yè)人員安全防護、確?，F(xiàn)場作業(yè)效率水平的重要基礎性條件。衛(wèi)星定位技術(shù)的性能對衛(wèi)星信號可視條件具有顯著敏感性，對于技術(shù)站的復雜站場環(huán)境，由于周邊存在建筑物、機車車輛、接觸網(wǎng)，可能導致衛(wèi)星信號受到遮擋、多徑等效應影響，進而使其用于人員定位的可用性、精確性、連續(xù)性等受到嚴重制約。為此，需結(jié)合現(xiàn)場以位置基礎信息驅(qū)動的鐵路作業(yè)人員智能化管控的特定需求，針對性開展復雜站場條件下的人員高精度定位技術(shù)研究，設計基于慣性導航等輔助定位傳感器結(jié)合衛(wèi)星定位的多源融合定位技術(shù)方案，提升人員定位的性能指標，進而為構(gòu)建新型智慧站場提供有利條件。

本課題的主要工作包含如下幾個方面：

(1)技術(shù)站外勤作業(yè)人員定位監(jiān)測的功能需求與性能需求研究；

(2)衛(wèi)星導航與慣性導航等輔助定位傳感器組合結(jié)構(gòu)方案研究；

(3)面向鐵路技術(shù)站復雜環(huán)境的基于多源信息融合的連續(xù)無縫定位技術(shù)研究；

(4)模擬環(huán)境下基于原型樣機的定位技術(shù)的定位精度、實時性、可靠性和適用性的試驗驗證。

提交成果：

課題經(jīng)費額度：50萬元以內(nèi)

計劃年限：2年

課題4：基于BIM技術(shù)的高速鐵路橋隧工程數(shù)字孿生體構(gòu)建關(guān)鍵技術(shù)研究

當前我國鐵路發(fā)展正處于一個關(guān)鍵的戰(zhàn)略機遇期,智能鐵路成為重要的發(fā)展方向，數(shù)字孿生是建設智能鐵路的重要手段，能夠解決信息物理融合難題，實現(xiàn)智能鐵路的落地應用。鐵路工程建設中，橋隧占比大，施工難度高，通過運用BIM、數(shù)字孿生等技術(shù)，構(gòu)建數(shù)字孿生體，基于數(shù)字孿生體與數(shù)據(jù)優(yōu)化現(xiàn)場，將周邊環(huán)境、建造過程等信息融合聯(lián)動，強化橋隧進度質(zhì)量安全管理，為其他線路的橋隧工程施工管理提供參考與借鑒。

本課題的主要工作包含如下幾個方面：

(1)復雜艱險大型鐵路數(shù)字孿生工程中現(xiàn)場環(huán)境、災害、作業(yè)場景、設備設施、人員等對象的數(shù)字孿生描述框架研究；

(2)高速鐵路工程建設期“物理對象-數(shù)字孿生體-應用服務”的映射機制，橋隧工程施工涉及對象間的空間邏輯關(guān)系、物理關(guān)系和層次關(guān)系等分析研究；

(3)構(gòu)建隧道動態(tài)設計及橋梁安全進度框架模型，針對典型施工場景構(gòu)建橋隧工程數(shù)字孿生體模型。

提交成果：

課題經(jīng)費額度：12萬元以內(nèi)

計劃年限：1年

課題5：基于圖像識別的列車定位技術(shù)圖像識別算法優(yōu)化研究

我國新型列車運行控制系統(tǒng)采用融合北斗衛(wèi)星導航的列車綜合定位技術(shù)，實現(xiàn)了列車在多種環(huán)境下的安全、可靠和精確定位。目前，列車在隧道、山區(qū)等“衛(wèi)星信號盲區(qū)”的精確定位還依賴于應答器等軌旁設備實現(xiàn)。為進一步提升列車自主定位能力，降低對軌旁設備的依賴，將圖像識別技術(shù)應用于列車自主定位當中，可為特殊地形下列車自主定位增加一種有效定位方式，解決“衛(wèi)星信號盲區(qū)”問題，提高列車自主定位的精確程度及環(huán)境適應能力?；谌斯ぶ悄艿膱D像識別模型及算法是方案的核心技術(shù)，如何有效提高圖像識別模型的識別準確率、識別速度以及在不同光照環(huán)境和雨、雪、霧等天氣環(huán)境下的適應能力是方案的主要技術(shù)難點。

本課題的主要工作包含如下幾個方面：

(1)融合圖像識別的列車綜合定位技術(shù)方案研究；

(2)復雜環(huán)境下圖像智能處理方法與技術(shù)研究；

(3)基于圖像識別的列車定位方法與模型研究；

(4)基于現(xiàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)的技術(shù)試驗驗證。

提交成果：

課題經(jīng)費額度：50萬元以內(nèi)

計劃年限：2年

課題6：鐵路自動化星座優(yōu)選高精度解算算法研究

北斗系統(tǒng)在我國鐵路系統(tǒng)雖已得到初步應用，但仍存在干擾欺騙、選星和系統(tǒng)權(quán)重配置優(yōu)選解算問題。綜合國內(nèi)外研究成果，抗欺騙技術(shù)有導航信號認證、天線陣列、外部信息輔助等解決方案；選星算法方面，既有傳統(tǒng)的幾何構(gòu)型法、GDOP值最小法，也有基于神經(jīng)網(wǎng)絡、遺傳算法、機器學習、混沌粒子群等新興算法。但是鮮有結(jié)合實際應用場景特別是鐵路應用的研究成果，尤其是在列車運行、人員防護、工程測量等場景下的電磁干擾、多徑效應、壓制式干擾等問題，鐵路應用終端仍以單系統(tǒng)或雙系統(tǒng)居多，且捕獲到的衛(wèi)星全部參與解算，未建立合理的篩選機制，開展鐵路自動化星座優(yōu)選高精度解算算法研究能夠有效降低終端設備成本、提升定位精度和可靠性，具有重要應用價值。

本課題的主要工作包含如下幾個方面：

(1)鐵路環(huán)境GNSS干擾欺騙場景分析和信號識別技術(shù)研究；

(2)自動化星座優(yōu)選、高精度解算和星座權(quán)重優(yōu)化等算法研究；

(3)高精度位置服務評估準則研究及試驗驗證。

提交成果：

課題經(jīng)費額度：18萬元以內(nèi)

計劃年限：1年

課題7：基于道岔機械特性的道岔工況動態(tài)分析方法研究

道岔設備作為保障列車安全運行的關(guān)鍵部件，由于受其自身安裝、外部環(huán)境（溫室度、雨雪、異物）和使用磨損等因素影響，會造成設備運轉(zhuǎn)不良甚至無法運行等情況，對行車安全構(gòu)成隱患。目前現(xiàn)場人員主要依靠人工分析道岔電氣特性數(shù)據(jù)判斷道岔隱患、處理道岔故障，手段比較單一，而道岔機械特性數(shù)據(jù)（如：摩擦連接器動程、表示桿動程、轉(zhuǎn)轍機振動加速度、基礎方向傾角等參數(shù)）的應用尚無先例。因此，急需開展道岔機械運動特性數(shù)據(jù)對道岔工況影響程度及規(guī)律的研究，發(fā)現(xiàn)和提取關(guān)鍵參數(shù)的數(shù)據(jù)特征，進行道岔特性數(shù)據(jù)的分類，探索其與道岔故障及隱患的關(guān)聯(lián)。并綜合電氣特性數(shù)據(jù)進行道岔工況的判定，為道岔設備的狀態(tài)修、預防修提供支撐。

本課題的主要工作包含如下幾個方面：

(1)典型故障案例下道岔機械特性工況數(shù)據(jù)特征和相關(guān)閾值的研究；

(2)室外環(huán)境因素（溫度、濕度、振動等）對道岔工況質(zhì)量影響的研究；

(3)道岔機械運動特性數(shù)據(jù)與電氣特性數(shù)據(jù)（動作電流曲線）之間關(guān)系的研究；

(4)進行關(guān)聯(lián)分析，發(fā)現(xiàn)并確認強關(guān)聯(lián)，形成故障判斷規(guī)則，建立關(guān)聯(lián)模型，并基于現(xiàn)場測試站數(shù)據(jù)進行模型的試驗驗證。

提交成果：

課題經(jīng)費額度：20萬元以內(nèi)

計劃年限：2年

課題8：基于深度學習的貨運全程完成時間預測模型研究

鐵路貨運作業(yè)整體鏈條較長，過程復雜。包括需求提報受理、進貨裝車、掛運出發(fā)、倒換裝、到達卸車、內(nèi)外交付、送貨等。貨運全程預計是鐵路內(nèi)部生產(chǎn)組織和外部客戶最關(guān)心的問題之一，對內(nèi)能指導運輸生產(chǎn)，提前安排裝卸計劃，提前組織接發(fā)車；對外可以方便客戶掌握貨物運輸動態(tài)，提前安排進出貨，解決計劃時間與未知信息獲取的焦慮感?；阼F路數(shù)據(jù)中心存儲的海量數(shù)據(jù)，針對裝卸、途中等場景設計預測模型，提取歷史數(shù)據(jù)進行強化學習，不斷完善模型，為下一步應用于工程實踐提供研究支撐，有助于對內(nèi)提升運輸組織效率，對外提高客戶服務水平。

本課題的主要工作包含如下幾個方面：

(1)關(guān)鍵節(jié)點數(shù)據(jù)抽取、清洗、導入方法研究；

(2)基于深度學習的貨運預計完成時間全程預測模型設計研究；

(3)貨運預計完成時間全程預測算法試驗驗證。

提交成果：

課題經(jīng)費額度：10萬元以內(nèi)

計劃年限：1年

三、申報程序與審批程序

開放課題申請截止日為2021年6月23日(郵寄申請書以投遞日郵戳為憑)，申請者應將填寫完整的《國家鐵路智能運輸系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心開放課題申報書》（附件2）紙質(zhì)版一份（加蓋單位公章的原件）送達（或郵寄到）國家鐵路智能運輸系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，同時發(fā)送電子版（PDF格式蓋章掃描版）至聯(lián)系人郵箱。紙質(zhì)版申請書裝入封套內(nèi)，封套正面按申請書封面填寫有關(guān)內(nèi)容。

工程中心學術(shù)委員會專家評審開放課題，根據(jù)擇優(yōu)的原則，確定年度資助項目，并將評審結(jié)果通知申請者。

四、課題申報要求

根據(jù)課題的經(jīng)費額度不同，課題申報人應符合如要求：

(1)經(jīng)費20萬元以上課題，正高級職稱，且具備相關(guān)領(lǐng)域研究基礎與成果的研究人員。

(2)經(jīng)費20萬元及以下課題，高級職稱或已獲得博士學位的研究人員。

課題申報、實施和結(jié)題必須符合《國家鐵路智能運輸系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心開放課題管理辦法（暫行）》（附件1）等相關(guān)辦法規(guī)定，申請課題內(nèi)容必須符合開放課題基金項目指南，學術(shù)思想新穎、立論根據(jù)充足、研究目標明確、研究內(nèi)容具體、技術(shù)路線合理。

五、年度報告和結(jié)題要求

每年應按工程中心要求提報課題執(zhí)行情況報告，申報課題必須按最終簽訂的合同要求完成，對于基金使用不合理或者沒有足夠理由未能按進度完成計劃的課題，工程中心主任有權(quán)暫時中止或取消資助資金。

結(jié)題需提交如下材料：

(3)研究報告、試驗報告等（附成果演示或相關(guān)視頻、圖片及相關(guān)佐證材料）；

(4)學術(shù)論文與/或成果鑒定證書復印件；

(5)專利申請受理通知書或授權(quán)證書（如有）；

(6)演示系統(tǒng)、原型系統(tǒng)等成果（如有）；

(7)其他指南中要求的成果。

六、成果獎勵

對于客座研究人員完成的優(yōu)秀課題，超過結(jié)題指標要求的可以優(yōu)先給予課題滾動資助。

七、成果署名

獲本工程中心資助課題所取得的研究成果歸本工程中心與研究者共同擁有，具體要求在合同中約定。論文、著作、專利等成果署名根據(jù)《國家鐵路智能運輸系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心開放課題管理辦法（暫行）》（附件1）內(nèi)相關(guān)辦法執(zhí)行。

中心地址和聯(lián)系方式：

通訊地址：北京海淀區(qū)大柳樹路2號通信信號研究所321室

郵政編碼：100081

聯(lián)系人：張淼

電話：010-51893466

電子郵箱：13810162613@163.com